Herstellung von Polymilchsäure (PLA)
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Polymilchsäure (PLA) ist eine neue Art von biobasiertem und erneuerbarem biologisch abbaubarem Material, das aus Stärkerohstoffen hergestellt wird, die aus nachwachsenden Pflanzenressourcen (wie Mais, Maniok usw.) stammen. Der Stärkerohstoff wird verzuckert, um Glukose zu gewinnen, und dann durch Glukose und bestimmte Stämme fermentiert, um hochreine Milchsäure zu erzeugen, und dann durch chemische Synthese Polymilchsäure mit einem bestimmten Molekulargewicht synthetisieren. Es weist eine gute biologische Abbaubarkeit auf. Nach der Verwendung kann es unter bestimmten Bedingungen von Mikroorganismen in der Natur vollständig abgebaut werden und produziert schließlich Kohlendioxid und Wasser, ohne die Umwelt zu belasten. Dies ist sehr umweltfreundlich und gilt als umweltfreundliches Material.
Polymilchsäure, auch Polylactid genannt, gehört zur Familie der Polyester. Polymilchsäure ist ein Polymer, das durch Polymerisation von Milchsäure als Hauptrohstoff gewonnen wird. Die Rohstoffquelle ist ausreichend und kann regeneriert werden. Als Rohstoffe werden hauptsächlich Mais und Maniok verwendet. Der Produktionsprozess von Polymilchsäure ist umweltfreundlich, und das Produkt kann biologisch abgebaut werden, um den Kreislauf in der Natur zu verwirklichen, sodass es ein ideales grünes Polymermaterial ist.
Polymilchsäure hat eine gute thermische Stabilität, die Verarbeitungstemperatur beträgt 170–230 °C und sie weist eine gute Lösungsmittelbeständigkeit auf. Es kann auf verschiedene Arten verarbeitet werden, beispielsweise durch Extrusion, Spinnen, biaxiales Strecken und Spritzblasen. Produkte aus Polymilchsäure sind nicht nur biologisch abbaubar, sondern weisen auch eine gute Biokompatibilität, Glanz, Transparenz, Haptik und Hitzebeständigkeit sowie eine gewisse Bakterienresistenz, Flammhemmung und UV-Beständigkeit auf und sind daher sehr nützlich. Es wird häufig als Verpackungsmaterial, Faser und Vliesstoff usw. verwendet. Es wird hauptsächlich in der Bekleidungsindustrie (Unterwäsche, Oberbekleidung), in der Industrie (Bauwesen, Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Papier) sowie in den Bereichen Medizin und Gesundheit eingesetzt.
Herstellungsverfahren für Polymilchsäure
Im Allgemeinen wird die Herstellung von Polymilchsäure (PLA) aus Milchsäure als Rohmaterial synthetisiert. Derzeit gibt es viele Synthesemethoden. Die relativ ausgereifte ist die direkte Polykondensationsmethode von Milchsäure, und die andere besteht darin, zunächst Lactid aus Milchsäure zu synthetisieren und dann unter Einwirkung eines Katalysators eine Ringöffnungspolymerisation durchzuführen. Es gibt auch eine Festkörperpolymerisationsmethode.
01 Direkte Milchsäure-Polymerisationsmethode
Die direkte Polymerisationsmethode wurde bereits in den 1930er und 1940er Jahren untersucht, aber da die Schlüsseltechnologien im Zusammenhang mit der Entfernung von Wasser in der Reaktion nicht gut geklärt sind, ist das Molekulargewicht der Produkte niedrig (alle unter 4000), die Festigkeit ist extrem niedrig, leicht zu zersetzen und hat keine Praktikabilität.
Showa Polymer Co., Ltd. aus Japan verwendet die Methode, Milchsäure in einem Inertgas langsam zu erhitzen und langsam zu dekomprimieren, sodass die Milchsäure direkt dehydriert und kondensiert werden kann und die Reaktanten bei 220–260 °C und 133 Pa weiter polykondensiert werden können und die relative Molekülmasse über 4000 liegt. Polymilchsäure. Allerdings ist die Reaktionszeit dieser Methode lang und das Produkt altert, zersetzt sich, ändert seine Farbe und wird bei der hohen Temperatur im späteren Stadium ungleichmäßig. Die japanische Mitsui Pressure Chemical Co., Ltd. nutzt die Lösungspolymerisation, um Milchsäure direkt zu polymerisieren und so Polymilchsäure zu erhalten.
Das Hauptmerkmal der direkten Methode besteht darin, dass die synthetisierte Polymilchsäure keinen Katalysator enthält. Wenn die Polykondensationsreaktion also bis zu einem gewissen Grad voranschreitet, erscheint das System in einem Gleichgewichtszustand und muss erhitzt und unter Druck gesetzt werden, um das Reaktionsgleichgewicht zu durchbrechen, und die Reaktionsbedingungen sind relativ rau. In den letzten Jahren hat die direkte Polymerisationsmethode durch technologische Innovation und Verbesserung einige Fortschritte gemacht und sollte in naher Zukunft in der Lage sein, auf die industrialisierte Großserienproduktion angewendet zu werden, da die Technologie weiter ausgereift ist.
02 Ringöffnende Polymerisationsmethode
Die ringöffnende Polymerisation ist derzeit die weltweit am häufigsten verwendete Produktionsmethode. Bereits Mitte des 20. Jahrhunderts erhielten DuPont-Forscher durch ringöffnende Polymerisation hochmolekulare Polymilchsäure. In den letzten Jahren konzentrierten sich ausländische Studien zur Synthese von Polymilchsäure hauptsächlich auf die ringöffnende Polymerisation von Lactid.
Die von der deutschen Firma Boeheringer Zündelhelm nach dieser Methode hergestellten Produkte der Polymilchsäureserie erscheinen auf dem Markt unter dem Handelsnamen; Die von der amerikanischen Firma Cargill hergestellte Polymilchsäure wurde durch Schmelzblasen und Spinnvlies verarbeitet, um medizinische Vliesprodukte zu entwickeln. und in meinem Land gibt es nur eine Handvoll Unternehmen, die Polymerpolymilchsäure synthetisieren können, wie zum Beispiel das Polymerforschungsinstitut der Sun Yat-sen University.
Bei der ringöffnenden Polymerisation wird meist Zinnoctoat als Initiator verwendet, das Molekulargewicht kann Millionen erreichen und die mechanische Festigkeit ist hoch. Die Polymerisation und Trennung werden in zwei Schritten durchgeführt:
Der erste Schritt besteht darin, Lactid durch Dehydratisierung und Cyclisierung von Polymilchsäure zu gewinnen;
Der zweite Schritt besteht darin, Polylactid durch ringöffnende Polymerisation von Lactid zu gewinnen;
Diese ringöffnende Polymerisationsmethode stellt jedoch extrem hohe Anforderungen an die Reinheit des Katalysators und die Reinheit des Monomers während der Polymerisation. Selbst eine sehr kleine Menge an Verunreinigungen führt dazu, dass das Molekulargewicht von PLA weniger als 100.000 beträgt, und die Polymerisationsbedingungen wie Temperatur, Druck, Katalysator usw. Die Art und Menge von PLA, die Reaktionszeit usw. haben ebenfalls großen Einfluss auf das Molekulargewicht von PLA, sodass die Synthese von PLA mit hohem Molekulargewicht eine technische Schwierigkeit darstellt.
03 Festkörperpolymerisationsmethode
Diese Methode wird durch Polymerisation des durch erhaltenen Harzes mit niedrigem Molekulargewicht erhalten die direkte Polymerisationsmethode unter reduziertem Druck und Vakuum bei einer Temperatur zwischen Tg und Tm, um den Polymerisationsgrad und das Molekulargewicht zu erhöhen und dadurch die Materialfestigkeit und Verarbeitungsleistung zu verbessern.
Herstellungsprozess von Polymilchsäure
Wir sprechen hauptsächlich über die häufiger verwendete Methode der Ringöffnungspolymerisation, und ihr Prozess ist ungefähr wie folgt:
Quelle: Nach dem Zerkleinern von Schalenfrüchten wie Mais wird daraus Stärke extrahiert und dann wird die Stärke hergestellt in unraffinierte Glukose umgewandelt. Mittlerweile hat eine Menge Hochtechnologie den Prozess des Zerkleinerns überwunden und ersetzt und Rohstoffe direkt aus einer großen Anzahl von Feldfrüchten gewonnen.
Fermentation: Fermentation von Glukose auf ähnliche Weise wie bei der Herstellung von Bier oder Alkohol, die zu Milchsäure fermentiert wird, ähnlich wie Nahrung, die zur Verwendung im menschlichen Muskelgewebe hinzugefügt wird.
Zwischenprodukt: Das Milchsäuremonomer wird durch einen speziellen Konzentrationsprozess in ein Zwischenprodukt umgewandelt – reduzierte Milchsäure, nämlich Lactid.
Polymerisation: Nachdem das Lactidmonomer vakuumgereinigt wurde, wird ein lösungsmittelfreier Auflösungsprozess verwendet, um die Ringöffnung abzuschließen Aktion zur Polymerisierung des Monomers.
Polymermodifikation: Aufgrund des Unterschieds im Molekulargewicht und der Kristallinität des Polymers können die Materialeigenschaften stark variieren, sodass PLA für verschiedene Anwendungen unterschiedlich modifiziert werden kann.
Polymilchsäure, auch Polylactid genannt, gehört zur Familie der Polyester. Polymilchsäure ist ein Polymer, das durch Polymerisation von Milchsäure als Hauptrohstoff gewonnen wird. Die Rohstoffquelle ist ausreichend und kann regeneriert werden. Als Rohstoffe werden hauptsächlich Mais und Maniok verwendet. Der Produktionsprozess von Polymilchsäure ist umweltfreundlich, und das Produkt kann biologisch abgebaut werden, um den Kreislauf in der Natur zu verwirklichen, sodass es ein ideales grünes Polymermaterial ist.
Polymilchsäure hat eine gute thermische Stabilität, die Verarbeitungstemperatur beträgt 170–230 °C und sie weist eine gute Lösungsmittelbeständigkeit auf. Es kann auf verschiedene Arten verarbeitet werden, beispielsweise durch Extrusion, Spinnen, biaxiales Strecken und Spritzblasen. Produkte aus Polymilchsäure sind nicht nur biologisch abbaubar, sondern weisen auch eine gute Biokompatibilität, Glanz, Transparenz, Haptik und Hitzebeständigkeit sowie eine gewisse Bakterienresistenz, Flammhemmung und UV-Beständigkeit auf und sind daher sehr nützlich. Es wird häufig als Verpackungsmaterial, Faser und Vliesstoff usw. verwendet. Es wird hauptsächlich in der Bekleidungsindustrie (Unterwäsche, Oberbekleidung), in der Industrie (Bauwesen, Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Papier) sowie in den Bereichen Medizin und Gesundheit eingesetzt.
Herstellungsverfahren für Polymilchsäure
Im Allgemeinen wird die Herstellung von Polymilchsäure (PLA) aus Milchsäure als Rohmaterial synthetisiert. Derzeit gibt es viele Synthesemethoden. Die relativ ausgereifte ist die direkte Polykondensationsmethode von Milchsäure, und die andere besteht darin, zunächst Lactid aus Milchsäure zu synthetisieren und dann unter Einwirkung eines Katalysators eine Ringöffnungspolymerisation durchzuführen. Es gibt auch eine Festkörperpolymerisationsmethode.
01 Direkte Milchsäure-Polymerisationsmethode
Die direkte Polymerisationsmethode wurde bereits in den 1930er und 1940er Jahren untersucht, aber da die Schlüsseltechnologien im Zusammenhang mit der Entfernung von Wasser in der Reaktion nicht gut geklärt sind, ist das Molekulargewicht der Produkte niedrig (alle unter 4000), die Festigkeit ist extrem niedrig, leicht zu zersetzen und hat keine Praktikabilität.
Showa Polymer Co., Ltd. aus Japan verwendet die Methode, Milchsäure in einem Inertgas langsam zu erhitzen und langsam zu dekomprimieren, sodass die Milchsäure direkt dehydriert und kondensiert werden kann und die Reaktanten bei 220–260 °C und 133 Pa weiter polykondensiert werden können und die relative Molekülmasse über 4000 liegt. Polymilchsäure. Allerdings ist die Reaktionszeit dieser Methode lang und das Produkt altert, zersetzt sich, ändert seine Farbe und wird bei der hohen Temperatur im späteren Stadium ungleichmäßig. Die japanische Mitsui Pressure Chemical Co., Ltd. nutzt die Lösungspolymerisation, um Milchsäure direkt zu polymerisieren und so Polymilchsäure zu erhalten.
Das Hauptmerkmal der direkten Methode besteht darin, dass die synthetisierte Polymilchsäure keinen Katalysator enthält. Wenn die Polykondensationsreaktion also bis zu einem gewissen Grad voranschreitet, erscheint das System in einem Gleichgewichtszustand und muss erhitzt und unter Druck gesetzt werden, um das Reaktionsgleichgewicht zu durchbrechen, und die Reaktionsbedingungen sind relativ rau. In den letzten Jahren hat die direkte Polymerisationsmethode durch technologische Innovation und Verbesserung einige Fortschritte gemacht und sollte in naher Zukunft in der Lage sein, auf die industrialisierte Großserienproduktion angewendet zu werden, da die Technologie weiter ausgereift ist.
02 Ringöffnende Polymerisationsmethode
Die ringöffnende Polymerisation ist derzeit die weltweit am häufigsten verwendete Produktionsmethode. Bereits Mitte des 20. Jahrhunderts erhielten DuPont-Forscher durch ringöffnende Polymerisation hochmolekulare Polymilchsäure. In den letzten Jahren konzentrierten sich ausländische Studien zur Synthese von Polymilchsäure hauptsächlich auf die ringöffnende Polymerisation von Lactid.
Die von der deutschen Firma Boeheringer Zündelhelm nach dieser Methode hergestellten Produkte der Polymilchsäureserie erscheinen auf dem Markt unter dem Handelsnamen; Die von der amerikanischen Firma Cargill hergestellte Polymilchsäure wurde durch Schmelzblasen und Spinnvlies verarbeitet, um medizinische Vliesprodukte zu entwickeln. und in meinem Land gibt es nur eine Handvoll Unternehmen, die Polymerpolymilchsäure synthetisieren können, wie zum Beispiel das Polymerforschungsinstitut der Sun Yat-sen University.
Bei der ringöffnenden Polymerisation wird meist Zinnoctoat als Initiator verwendet, das Molekulargewicht kann Millionen erreichen und die mechanische Festigkeit ist hoch. Die Polymerisation und Trennung werden in zwei Schritten durchgeführt:
Der erste Schritt besteht darin, Lactid durch Dehydratisierung und Cyclisierung von Polymilchsäure zu gewinnen;
Der zweite Schritt besteht darin, Polylactid durch ringöffnende Polymerisation von Lactid zu gewinnen;
Diese ringöffnende Polymerisationsmethode stellt jedoch extrem hohe Anforderungen an die Reinheit des Katalysators und die Reinheit des Monomers während der Polymerisation. Selbst eine sehr kleine Menge an Verunreinigungen führt dazu, dass das Molekulargewicht von PLA weniger als 100.000 beträgt, und die Polymerisationsbedingungen wie Temperatur, Druck, Katalysator usw. Die Art und Menge von PLA, die Reaktionszeit usw. haben ebenfalls großen Einfluss auf das Molekulargewicht von PLA, sodass die Synthese von PLA mit hohem Molekulargewicht eine technische Schwierigkeit darstellt.
03 Festkörperpolymerisationsmethode
Diese Methode wird durch Polymerisation des durch erhaltenen Harzes mit niedrigem Molekulargewicht erhalten die direkte Polymerisationsmethode unter reduziertem Druck und Vakuum bei einer Temperatur zwischen Tg und Tm, um den Polymerisationsgrad und das Molekulargewicht zu erhöhen und dadurch die Materialfestigkeit und Verarbeitungsleistung zu verbessern.
Herstellungsprozess von Polymilchsäure
Wir sprechen hauptsächlich über die häufiger verwendete Methode der Ringöffnungspolymerisation, und ihr Prozess ist ungefähr wie folgt:
Quelle: Nach dem Zerkleinern von Schalenfrüchten wie Mais wird daraus Stärke extrahiert und dann wird die Stärke hergestellt in unraffinierte Glukose umgewandelt. Mittlerweile hat eine Menge Hochtechnologie den Prozess des Zerkleinerns überwunden und ersetzt und Rohstoffe direkt aus einer großen Anzahl von Feldfrüchten gewonnen.
Fermentation: Fermentation von Glukose auf ähnliche Weise wie bei der Herstellung von Bier oder Alkohol, die zu Milchsäure fermentiert wird, ähnlich wie Nahrung, die zur Verwendung im menschlichen Muskelgewebe hinzugefügt wird.
Zwischenprodukt: Das Milchsäuremonomer wird durch einen speziellen Konzentrationsprozess in ein Zwischenprodukt umgewandelt – reduzierte Milchsäure, nämlich Lactid.
Polymerisation: Nachdem das Lactidmonomer vakuumgereinigt wurde, wird ein lösungsmittelfreier Auflösungsprozess verwendet, um die Ringöffnung abzuschließen Aktion zur Polymerisierung des Monomers.
Polymermodifikation: Aufgrund des Unterschieds im Molekulargewicht und der Kristallinität des Polymers können die Materialeigenschaften stark variieren, sodass PLA für verschiedene Anwendungen unterschiedlich modifiziert werden kann.